3.1 實驗流程
圖3-1 實驗流程圖
3.2 銲接試片之準備
本研究之實驗流程圖如圖 3-1 所示，試片所採用的實驗材料為 Inconel
718 超合金和 AISI 304 不銹鋼，其兩種材料之合金元素成份見表 3-1，試片 尺寸為 100×50×6.35 mm。由於對接實驗常在一開始銲槍走進來時，初端和 末端都易有過熔現象，容易造成試片往上翹變成 V 字型，所以用夾具固定 的方式，進行 Bead-on-Plate 銲接實驗。
在進行銲接實驗前，會先將所有試片表面的氧化物與油污利用砂輪研 磨機裝上#200 砂輪予以拋光，再以丙酮清潔乾淨，拋光前後如圖 3-2(a)、(b) 所示。
表3-1 Inconel 718超合金及AISI 304不銹鋼之合金元素成份表(wt%)
Ni Cr Fe Nb+Ta Mo Ti Al Co C Mn Si
718
55.0 21.0 Balance 5.5 3.3 1.15 0.8 1.0 0.05 0.35 0.35304
10.5 20 Balance 0.08 2.00 1.00(a) 試片拋光前 (b) 以砂輪研磨機拋光後 圖3-2 拋光前後試片之外觀
3.3 TIG銲接設備
本實驗設備 TIG 氬銲設備採用 HOBART TIGWAVETTM350 AC/DC 型氬 銲機與可數位控制走速的銲接檯車，如圖 3-3 所示。銲接方法採用自生氣護 鎢極電弧銲(autogenous gas tungsten arc welding) 來進行實驗。
圖3-3 HOBART TIGWAVE 350氬銲機與ProArc 數位控制銲接檯車
3.4 銲接參數之配置
本實驗使用鎢電極材料為 EWTh-2（直徑為 3.2 mm），並選用 7 號陶瓷 罩杯，如圖 3-4(b)所示，鎢電極伸出噴嘴的距離為 3 mm，鎢電極至實驗試 片的距離為 2 mm，鎢電極角度為 60。，保護氣體為氬氣，流量為 14 ℓ/min.，
熱輸入量為 10.26 KJ/cm，以 14 KJ/cm 以下為原則，因為 Inconel718 超合 金銲件在熱輸出量在 14 KJ/cm 左右時，銲接工件即會形成嚴重之熱裂，造 成銲接缺陷，如圖 3-5 所示。在固定參數下，為了比較不同助銲劑對銲道之 影響，進行每一次銲接對接實驗前均使用鑽石研磨器，如圖 3-4(a)所示，重 新研磨鎢電極呈標準形式，且重新調整鎢電極至標準長度，以確定每一條 銲道均在相同參數條件下，如表 3-2 所示，來進行銲接研究工作。
(a) 鎢棒研磨機 (b) 鎢棒、夾頭、夾頭套及瓷杯 圖3-4 電極相關器材
(a) 熱輸入量：13.4 KJ/cm 時 (b) 熱輸入量：21.6 KJ/cm 時 圖3-5 Inconel 718試片熱裂圖
表3-2實驗#1之銲接參數
3.5 助銲劑之配製方法
此研究參考文獻[59]，於 Inconel 718 超合金 TIG-Flux 研究中的 8 種助 銲劑，於單一助銲劑實驗中取熔深及深寬比最佳之四種助銲劑，分別為 SiO2、NiO、MoS2及 MoO3，將四種助銲劑各以 50%之重量比例兩兩混合後，
再用相同銲接參數進行實驗，並加入這 4 組單一助銲劑，和 1 組無添加任 何助銲劑，以比較混合型助銲劑對銲道之影響，搭配組合如表 3-3 所示。
助銲劑皆採用日本試藥工業株式會社所生產，粉末粒度為#400 號。配 製方式為以微量天平量取 2 克之單一成份助銲劑粉末，置於砵內研磨均勻 後，加入 5 ml 的甲醇溶劑混合成糊狀，接著再利用#10 號扁平水彩筆將此 糊狀之助銲劑均勻塗敷於欲進行銲接測試之處，塗敷範圍為 100 ×14 mm(試 片接合區各 7mm)，如圖 3-7 所示；塗敷厚度以能遮蓋待銲工件表面金屬光 澤為宜，助銲劑塗敷量見表 3-4 及表 3-5，待溶劑揮發後，再進行銲接實驗。
表3-3實驗#1之助銲劑搭配組合
單一助銲劑 SiO2 NiO MoS2 MoO3
混合型助銲劑 50%SiO2
50%MoO3
50%SiO2
50%NiO
50%MoO3
50%NiO
50%SiO2
50%MoS2
50%MoS2
50%NiO
50%MoS2
50%MoO3
(a)微量天平 (b)助銲劑 (c)甲醇、水彩筆及燒杯圖 圖 3-6 助銲劑配製之工具
圖3-7 試片尺寸及助銲劑塗敷位置示意圖
表3-4 單一助銲劑塗敷量
Flux
SiO2 NiO MoS2 MoO3單位：mg / mm2 1.18 1.61 1.12 1.44
表 3-5 混合型助銲劑之塗敷量(單位：mg / mm2)
Flux
SiO2MoO3
SiO2 NiO
MoO3 NiO
SiO2 MoS2
MoS2 NiO
MoS2 MoO3 單位：mg / mm2 2.63 1.58 3.21 2.11 1.21 1.58
3.6 銲道滲透深度與寬度量測
為研究助銲劑添加對 Inconel 718 超合金試片對接 AISI 304 不銹鋼試片 銲道形態之影響，銲道深寬比取樣位置為圖 3-8 中之 A 及 B 區。這些試片 經熱鑲埋、研磨、拋光、腐蝕後，利用圖 3-9 之實體顯微鏡量測銲道之熔深
（Depth）及寬度（Width）後，以熔深與寬度之比值，簡稱深寬比(D/W ratio) 作為銲道熔深特性之評估指標，圖 3-10 所示為銲道形狀之量測方式示意 圖。
(a) 一般鑲埋試片之用 (b) 確認實驗探討電弧長度之用 圖3-8試片銲道取樣位置示意圖
(a)光學顯微鏡(ZEISS Axioskop 40) (b)實體顯微鏡(OLYMPUS S2-PT) 圖3-9 金相用顯微鏡圖
(a)部份熔透 (b)完全熔透 (c)完全熔透(銲道凹陷) 圖3-10 銲道形態量測示意圖
(a) 熱鑲埋機(Struers LaboPress-3) (b) 鑲埋後之試片腐蝕完成圖 圖3-11 熱鑲埋儀器
(a) 拋光機(Jean Wiriz PHOENIX) (b)研磨機(MATASERV 2000) 圖3-12 拋光、研磨機儀器
3.7 金相實驗
銲後取垂直銲道方向的橫截面來作金相實驗，取樣位置為圖 3-8 中之 A 及 B 區。異種材料接合硬度不均，Inconel 718 超合金硬度比 AISI 304 不銹 鋼高，以一般鋸床不易切割，故以水刀來切割銲後試片以提升效率。
取樣後之試片，經圖 3-11(a)之熱鑲機鑲埋後，用圖 3-12(b)之研磨機與 3M 碳化矽砂紙研磨，依序由號數#120、#240、#400、#600、#800、#1200、
研磨至#2000 號。再用圖 3-12(a)之拋光機與氧化鋁粉拋光，由顆粒1 μm 拋 光至0.3 μm。
經拋光完成後的試片，須以清水與酒精清洗乾淨並用吹風機吹乾。由
於沃斯田鐵不銹鋼銲接後，熱影響區長時間停留在 550～850℃的敏化區間，
易形成碳化鉻析出，使得晶界及附近的基地局部含鉻量低於 13%以下，以 致降低了該區的耐蝕性，所以造成兩側(718 區及 304 區)抗腐蝕能力不同，
所以腐蝕液需要格外特別挑選。
根據文獻[60]，採用 HCl (30 ml)+ HNO3 (10 ml) + CuCl2(1g)之氯化銅混 合酸溶液，適用於不銹鋼及高 Ni 或高 Cr 合金，腐蝕時間約 4 分半鐘；腐 蝕完畢一樣用清水大量沖洗並用吹風機之冷風模式吹走試片上之水滴，以 免影響之後金相的成果，腐蝕完之試片如圖 3-11(b)所示。最後用圖 3-9(a) 之光學顯微鏡(ZEISS Axioskop 40)拍照。
3.8 微硬度試驗
本研究測量銲道硬度時，採用 FUTURE-TECH FM-700 微硬度測定機，
如圖 3-13 所示。量測試片先經過研磨再浸蝕，故母材及銲道交界處很明顯 可區別之。依據 ASTM E384 之規範，試驗荷重採 500 公克，荷重加壓時間 為 10 秒鐘，而量測位置則為距銲件表面下 1 mm 處，且每點間隔 0.5 mm 測 量硬度，最後再將量測之值記錄，並繪製成硬度分佈曲線。
圖3-13 微硬度機(FUTURE-TECH FM-700)
3.9 田口方法之直交表與實驗參數配置
在混合型助銲劑實驗中，取最佳深寬比之助銲劑當作目標函數，並利 用田口方法之 L18直交表來做控制因子及水準值之配置，如表 3-6 及表 3-7 所示，其中田口方法之固定參數為：鎢棒外徑 3.2mm、鎢棒伸出罩杯長度：
3.0mm；而雜音因子為取樣之位置，如圖 3-8 的 A 區和 B 區。